DE2419013A1

DE2419013A1 - Verfahren zur verhinderung von frosthebungen in feinkoernigen boeden, insbesondere von frostaufbruechen bei strassen

Info

Publication number: DE2419013A1
Application number: DE2419013A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Dr Roth
Original assignee: Lentia GmbH
Current assignee: Lentia GmbH
Priority date: 1973-06-08
Filing date: 1974-04-19
Publication date: 1975-01-02
Also published as: US3925993A; FR2232639A1; SE7407528L; NO741873L; AT318693B; NO137701B; FI131074A; FI62161B; GB1420900A; NO137701C; DK285174A; NL163841B; IT1011799B; NL163841C; CA1005999A; JPS5032705A; BE816058A; CH582277A5; NL7406320A; SE407094B

Description

■ * · -■ ί^- ..·. 052/337?.

Verfahren zur Verhinderung von Prosthebungen in feinkörnigen Böden, insbesondere von Frostaufbrüchen bei Straßen

Es ist bekannt, daß Böden, deren lorngefttge mehr als drei Gevichtsprozente löraer mit einem Durchmesser bis zu 0,02 mm enthalten« bei Temperaturen unter 0⁰C zu Prosthebungen neigen. Das Wasser zwischen den Körnern gefriert und die so entstandenen Eislinsen erzeugen in den angrenzenden, vassergeftlllten Kapillaren der unteren, noch ungefrorenen Bodenschichten einen Unterdruck, welcher einen kräftigen Wassernachschub zu 'den Eislinsen hin bevirkt. Damit wachsen die Eislinsen rasch veiter' an, vas schließlich zu Prosthebungen und in der Tauperiode zur Aufweichung des Untergrundes zufolge der Wasseranreicherung fuhrt.

Als wirksamste Maßnahne gegen Prostschäden wurde bisher die Auswechslung des frostgefährdeten Bodens - bis zur erwarteten Prosteindringtiefe - durch frostsicheren lies angesehen, was einen großen Materialaufwand an hochwertigem Kies erfordert.

-/2

409881/0308

Weitere sind Bauweisen bekannt, velche die Tragschiene und bzw. oder die Fahrbahndecke so stark dimensionieren, daß sie weder durch Prosthebungen noch durch eine Aufweichung des Untergrundes unter den Verkehrsiasten zerstört werden. Durch die erhöhten Materialkosten (Stahlbetonfahrbahndecke , Bodenstabilisierung u.dgl.) wird dieses Verfahren ebenfalls sehr teuer.

Mit Erfolg ist auch versucht worden, frostgefährdeten Untergrund durch Wärmedämmung vor einer Abkühlung unter O⁰C zu bewahren. Infolge des behinderten Wärmeaustausches zwischen Fahrbahnbelag und Untergrund bildet sich jedoch auf solchen Straßen Glatteis wesentlich rascher als auf nichtisolierten Fahrbahnen.

Schließlich ist noch ein Verfahren bekannt, welches den oben zitierten Wassernachschub zur Eisgrenze durch Dichtungsbahnen unterhalb der Frostgrenze verhindert. Um eine Sickerwasseranreicherung in den auf diese Weise abgedichteten Bodenschichten zu verhindern, muß die aufwendige Abdichtung auch seitlich und darüber erfolgen. Besonders die obere Abdichtung, welche knapp unter der Fahrbahndecke liegt, ist dabei großen Beanspruchungen ausgesetzt (mechanische Beanspruchung durch Verkehr und brüchig werden durch Frostteeperaturen).

Die Erfindung besteht nun darin, daß zur Unterbrechung des Wassertransportes in den Bodenkapillaren im Bereich der Frostgrenze eine grobporige Filterschichte eingebaut wird und daß an deren Ober- und Unterseite je eine wasserdurchlässige, nicht verrottbare Qewebe-, Filz- oder Vliesbahn zur Verhinderung einer Verunreinigung der Filterschichte durch feine Bodenteilchen aus den angrenzenden Bodenschichten angeordnet wird. Dadurch wird es möglich, kapillarbrechende

409881/0308 -/3

Filterschichten bereits ab einer Stärke von nur 10 ca aus» zuführen, ohne daß die Gefahr einer Verunreinigung durch den angrenzenden Boden besteht. Durch den Einbau solch dünner Filterschichten wird hochwertiges Kieematerial eingespart, da der Boden unter und über de« dünnen Filter vohl tragfähig, nicht aber frostsicher sein nuß.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Verhinderung von Frosthebungen in feinkörnigen Böden, insbesondere von Frostaufbrüchen bei Straßen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Wassertransport in den Bodenkapillaren im Bereich der Frostgrenze unterbrochen wird, indem im Bereich der Frostgrenze eine grobporige Filterschichte (5) eingebaut vird, velche an der Ober- und Unterseite durch eine wasserdurchlässige, nicht verrottbare Gevebe-, Fil*-oder Vliesbahn (4 und 6) vor Verunreinigung durch feine Bodenteilchen aus den angrenzenden Bodenschichten (2 und 7) geschützt vird.

Die Filterschichte kann aus lose eingebrachten Körnern, wie Kies, Schlacke oder Kunststoffteilchen bestehen, vobei die Zwischenräume zwischen den Körnern so groß sein müssen, daß auftretendes Sickervasser.nicht durch Kapillarwirkung im Filter gehalten wird. Ober diese Kapillarwirkung gibt beispielsweise die Arbeit von T.V.Larabe & R.V.Whitman, M.I.T. "Seil Mechanics" 1969, Seite 245, 246 Aufschluß. Demnach wird für ein Material einer Korngröße von d₁₀ * 0,87 mm eine Höhe der kapillaren Sättigung von 6 cm angegeben·

Der erfindungsgemäße Effekt wird allerdings erst dann erzielt, wenn keine Kapillare über die gesamte Höhe der Filterschichte mit Wasser gefüllt ist. Dies ist beispielsweise erreicht, wenn bei einer Körnung von 4 mm eine Schicht einer Höhe von mindestens 10 cm eingebaut wird· Ist die Korngröße kleiner, muß die Schicht entsprechend erhöht werden, ebenso kOnnte bei größerer Korngröße die Schichtdicke verringert werden.

Die erfindungsgemäße Filterschichte kann auch aus einem festen porösen Körper mit entsprechenden Porenabmessungen bestehen, wobei insbesondere an Matten- oder Plattenform gedacht wird.

4098 8 1/0308

-■ ■ t

. f

- 4 - ■"■.-■- '-■■■■ -- ^v*

Auch hier ist zu beachten, daß Höhe und Porengröße so abgestimmt sind, daß keine Pore auf Grund der Kapillarwirkung durch die gesamte Schicht hindurch mit Wasser gefüllt sein kann.

Die Tiefenlage der Fiiterschichte hängt von der zu erwartenden Frosteindringtiefe des anstehenden bzw. über dem Filtermaterial eingebauten Bodenmateriales ab. Grundsätzlich ist zu trachten, daß das Filter unterhalb der O⁰C Isotherme zu liegen kommt; jedoch kann bei guten festigkeitstechnischen Eigenschaften der darttberliegenden Tragschichte auch ein Absinken der Frostgrenze unter die Filterschicht keinen Schaden anrichten. Die dabei entstehenden Bislinsen unterhalb des Filters werden durch die hohe Auflast aus Tragschicht und Fahrbahndecke in Grenzen gehalten. Außerdem wirkt die gesamte Konstruktion über dem Filter als Ausgleichsschicht sowohl für örtliche Hebungen in der Frostperiode als auch für die Tauperiode, in welcher die Eislinsen unter dem Filter schmelzen« Für diesen Fall ist ein Schutz des Filters durch eine feinporige, wasserdurchlässige Gewebe-, Filz- oder Vliesbahn besonders wichtig, da der aufgeweichte Boden ansonsten die Filterporen verstopfen würde.

Falls seitliche Längsdrainagen vorhanden sind, soll die Filterschichte zur besseren Entwässerung dachförmig geneigt und an diese angeschlossen werden. Fehlt eine Längsdrainage, so kann zur Vermeidung von Randstörungen die Filterschichte seitlich hockgezogen werden, wobei darauf zu achten ist, daß ein Eindringen von Tagwässern durch Abdichten verhindert wird. Randstörungen können auch durch seitliche Abdichtung der über dem Filter befindlichen Bodenschichte mit Dichtungsbahnen verhindert werden« Der erfindungsgemäße Schutz der Straßen vor Frostschäden kann bereits erzielt werden, wenn die Filterschichte mindestens 10 cm hoch ist und im Falle einer losen Schüttung mit einer Mindestkerngröße von nur 4 mm ausgeführt wird. Zweckmäßig ist die Verwendung von Filterhöhen zwischen 15 und 25 cm, wobei das gekörnte Material zweckmäßig eine Korngröße von 8 - 50 mm besitzen sollte· Als wasserdurchlässige, nicht verrottbare Bahnen empfehlen sich in erster Linie solche aus thermoplastischen Kunststoffen wie Polyvinylchlorid, Polyester usw.

409881/0308

-/5

Besonders bevorzugt vegen des inerten Charakters sind Polyolefine, besonders Polypropylen, Polyäthylen und Copolymere von Propylen und Äthylen.

An sich ist jedwede Gewebe— oder Vliesbahn aus den genannten Materialien für den erfindungsgemäßen Zweck brauchbar, besonders günstig sind aber schützende Bahnen aus Spinnvliesen aus Endlosfäden, da sie den Vorteil einer hohen Zugfestigkeit besitzen und keinerlei chemischerBindung bedürfen. Es genügt, wenn sie z.B. lediglich durch eine Vernadelung etwas verfestigt sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Rand von Ausführungs— beispieien schematisch erläutert. Fig. 1 zeigt die Anordnung einer Filterschicht unterhalb der zu erwartenden O⁰C Isotherme, Fig.2 stellt den Fall eines Absinkens der O⁰C Isotherme unter die Filterschichte dar.

In Flg.1 stellt I die Fahrbahndecke dar, welche »ie Üblich ausgeführt wird. 2 stellt den Boden über der Filterschicht dar, welcher wohl tragfähig, nicht jedoch frostsicher sein muß und somit bind—igen Charakter haben kann. Befindet sich die 0⁰C Isotherme 3 über dem Filter, so ist ein Wassernachschub aus der unteren Bodenschicht 7 dann nicht möglich, venn die Poren der Filterschichte 5 so groß sind, daß sie nicht infolge Kapillarität mit Wasser gefüllt und somit als Vassernachscbubsbrücke «wischen oberer Bodenschicht 2 und unterer Bodenschicht 7 fungieren können. Die obere Gewebe-, Filzoder Vliesbahn 4 verhindert ein Eindrücken der groben Filter— körner in die obere Bodenschichte 2 und ein Eindringen von feinen Bodenteilchen aus dieser Schicht durch Sickerwasser. Die unter« Gewebe-, Filz- oder Vliesbahn 6 hat die Aufgab·, die Filterschicfate 5 vor einen Eindrücken in die untere' Bodenschichte 7 ta bewahren. Zudem verhindert diese Lage 6 ein Bochpuepen von aufgeweichte» Boden 7 ie Falle' eines Absinkens der 0⁰C Isotherms 3 unter des Filter (siehe Fig. 2).

-A

409881/0308

Pig.2 zeigt den Pall eines Absinkens der O⁰C Isotherme 3 in die untere Bodenschichte 7. Während die obere Bodenschichte 2 beim Durchwandern der Eisgrenze infolge der Unterbrechung der Wassemachschubvege durch die Filterschichte 5 kein zusätzliches Wasser aus der unteren Bodenschichte 7 aufnehmen konnte, ist nun ein Wassernachschub möglich. Die Eislinsenbildung in der Bodenschichte 7 vird jedoch durch die darüber befindliche Auflast aus Fahrbahndecke 1, oberer Bodenschicht 2 und Filterschichte 5 stark behindert. Außerdem virken die oberen Schichten 1, 2 und 5 als Ausgleichsschichte für eventuelle stärkere örtliche Hebungen. In der Tauperiode hat der obere Bereich der unteren Bodenschichte 7 infolge Schnelzens der dort entstandenen Eislinpen einen erhöhten Wassergehalt und somit eine geringere Tragfähigkeit. Durch die lastverteilende Wirkung aus den Schichten 1, 2 und 5 vird jedoch eine Zerstörung der Fahrbahndecke 1 durch die Verkehrslasten in der Tauperiode verhindert. Die untere Gevebe-, Filz- oder Vliesbahn 6 schützt in dieser Zeit die Filterschichte vor dem Eindringen bzw. "Hochpumpen" des aufgeweichten Bodenmateriales 7.

4 0 9 8 8 1/0 30 8

-T-

Beispiel

Für den Bau einer Straße mit Bitumendecke auf lehnigem Boden mit hohem Vassergehalt wurde ein Aushub von rund 66 cn Tiefe vorgenommen. Es wurde ein veraadeltes Polypropylen - Endlosfaservlies mit einem Flächengewicht von 400 g/m und einer Reißfestigkeit von 16 kp/cm eingelegt und dieses Vlies mit einer 20 era hohen Schicht aus Rollschotter einer Korngröße von 15-70 mm Durchmesser bedeckt« Die Schotterschichte wurde mit einem Polypropylen vlies gleicher Beschaffenheit wie das Vlies unter dem Rollschotter abgedeckt. Dann wurde mit 40 cm verdicht*· baren Material aufgefüllt und eine 6 cm Bitumendecke aufgebracht·

Die Straße, bei der es sich um eine häufig befahrene Bezirksstraße handelte, zeigte noch einem Winter keinerlei Frostschäden.

409881/0308

Claims

Patentansprüche t

( 1.JVerfahren zur Verhinderung von Frosthebungpen in feinkörnigen Böden, insbesondere von Frostaufbrüchen bei Straßen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassertransport in den Bodenkapillaren im Bereich der Frostgrenze unterbrochen wird, indes in Bereich der Frostgrenze eine grobporige Filterschichte (5) eingebaut wird, velche an der Ober- und Unterseite durch eine vasserdurchlässige, nicht verrottbare Gewebe-, Filz- oder Vliesbahn (4 und 6) vor Verunreinigung durch feine Bodenteilchen aus den angrenzender) Bodenschichten (2 und 7) geschützt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (5) aus lose eingebauten Körnern besteht, deren Zwischenräume so groß sind, daß auftretendes Sickerwasser nicht durch Kapillarwirkung im Filter gehalten wird·
3* Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner aus Kies, Schlacke oder Kunststoff bestehen.
4« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschichte (5) aus einem festen porösen Körper besteht, insbesondere aus Matten oder Platten, dessen Poren derart beschaffen sind, daß auftretendes Sickerwasser in vertikaler Richtung und in mindestens einer horizontalen Richtung ohne Behinderung durch Kapillarität die Filterschichte (5) passieren kann.

0 9881/0 308
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Bodenschicht (2) zur Verhinderung einer Wasseraufnahme aus den neben der StraBenkonstruktion angrenzenden" Bodenschichten seitlich ait Dichtungsbahnen abgedichtet wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3 und 5, dadurch gekennzeichnet« daß die Filterschichte (?) mit einer Stärke von mindestens 10 cm und mit einem torndurchnesser von 4 — 50 Htm ausgeführt wird,
7· Verfahren nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserdurchlässigen, unverrottbaren Bahnen (4, 6) Faservliese aus thermoplastischem Material, insbesondere aus Polyolefinen, sind.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wasserdurchlässigen, unverrottbaren Bahnen (4, 6) Spinnvliese aus Endlosfäden sind.

Lentlr^Genellschpft mit be"chr"nl:ter Haftung -iArh-rn. Srzeu.fmiG-e -Inr.urtrieuea'?rf

0.2.571
03 12

4Ö9881/0308

Leerseite